第7章节热力学课件(7081KB).pptVIP

7.4.2 卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成一个循环，称为卡诺循环。 A→B：等温膨胀 B→C：绝热膨胀 C→D：等温压缩 D→A：绝热压缩 19世纪初，蒸气机在工业上的应用越来越广泛，但当时蒸气机的效率很低，只有3%～5%． (N. L. Carnot) 法国工程师卡诺1824年提出： ab为等温膨胀过程： bc为绝热膨胀过程： cd为等温压缩过程： da为绝热压缩过程： , 卡诺热机的效率 a b c d Va Vd Vb Vc T1 T2 p V O p V O a b c d Va Vd Vb Vc T1 T2 bc、ab过程均为绝热过程，由绝热方程： (Tb = T1, Tc = T2) (Ta = T1, Td = T2) 注意：此式只适用于卡诺循环的计算。 提高热机效率的方法： ① 减小循环过程中的损耗，如摩擦等； ② 提高高温热源的温度； (1) 理想气体可逆卡诺循环热机效率只与 T1，T2 有关,温差越大，效率越高。提高热机高温热源的温度T1 ，降低低温热源的温度T2 都可以提高热机的效率.但实际中通常采用的方法是提高热机高温热源的温度T1 。 讨论 (2) 可逆卡诺循环热机的效率与工作物质无关 例 一定量的理想气体，经历如图所示的循环过程，其中AB 和CD 是等压过程，BC 和DA是绝热过程。已知B 点温度为T1 ，C 点温度为T2 。 求 该循环的效率 解 该循环只有两个等压过程与环境发生热量交换。A→B 吸热 Q1 ，C→D 放热Q 2 ，则 吸热 放热 以上两式相除消去P ，得 （B、C 在同一绝热线上） （A、D 在同一绝热线上） 有 注意：① 此循环不是卡诺循环，但为什么它的效率与卡诺循环效率形式一样呢？问题的关键是两者T1、T2 的含义不同。可见循环效率形式相同,循环的性质却不一定相同。 ② 本题告诉我们，应准确理解物理公式中各符号的含义，切忌望“符”生义，更不能乱套公式。 由绝热过程方程 ，得 p V O a b c d Va Vd Vb Vc T1 T2 注意：此式只适用于卡诺循环的计算。 当高温热源的温度T1一定时，理想气体卡诺循环的致冷系数只取决于T2 。 T2 越低，则致冷系数越小。 说明 卡诺致冷机的致冷系数 Q2 Q1 假定环境温度为300K，经历循环每次吸取的热量都是100J，则当冷库的温度分别为100K、1K、10-3K时，所需的作功。 温差越大，致冷系数越低。 可见，当T2趋近于0K时，只要Q2不为零，则所需的功 将接近无穷大！ 热力学第三定律：绝对零度不能达到。 逆向斯特林致冷循环的热力学循环原理如图所示，该循环由四个过程组成，先把工质由初态A（V1， T1）等温压缩到B（V2 ， T1） 状态，再等体降温到C （V2， T2）状态，然后经等温膨胀达到D （V1， T2） 状态，最后经等体升温回到初状态A，完成一个循环。 该致冷循环的致冷系数。 解 例 求 在过程CD中，工质从冷库吸取 的热量为 在过程中AB中，向外界放出的热量为 A B C D V p O 致冷系数为 温差越大，致冷系数越低。 §7.5 热力学第二定律 7.5.1 自发过程的方向性 可逆过程与不可逆过程 1.自发过程的方向性 自发过程 自然界中不受外界影响而能够自动进行的过程叫做自发过程。 举例： 转动着的飞轮 ，在撤除动力后，飞轮逐渐减速，直至静止。 两个温度不同的物体相互接触 ，直至两物体温度一致 。 气体向真空绝热自由膨胀的过程。 转动状态 静止状态 温度不同 温度均一 自然界的一切自发过程都是按确定方向进行的 。 2.可逆过程与不可逆过程 若系统经历了一个过程，而过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，那么这个过程就称为可逆过程。 如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，该过程就是不可逆过程。 可逆过程 不可逆过程 不过程可逆举例： 弹簧振子（无摩擦） x 可逆 （有摩擦） 不可逆 m （真空） （有气体） 单摆（真空） （有气体） 可逆 不可逆 功热转换：功向热转化可自动进行 热传导:热量从高温传到低温物体可自动进行 自由膨胀： ：扩散过程 通过分析可知，由于自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都涉及功热转化和热传导，而自发过程的功热转化和热传导都具有方向性，是不可逆的，都是由非平衡态向平衡态的转化，由此可见， 过程不可逆的原因 ⑴存在耗散因素，如摩擦、黏性力、电阻等。 ⑵ 系统内部出现了非平衡因素，如有限